本发明涉及水体检测领域，具体涉及一种船载或岸基水体营养盐自动检测和预警装置及其方法。
背景技术：
营养盐是浮游植物生长的物质基础，随着工农业生产和生活废水的排放加剧，流域土壤风化的加强，海洋、湖泊、河流等自然水体中硝酸盐、铵盐、活性磷酸盐、硅酸盐等营养盐输入加剧，富营养化、有害赤潮、水体缺氧等各种生态灾害频发，因此迫切需要对自然水体营养盐的自动化实时监测和预警。
目前自然水体营养盐检测主要采用以下方式：现场采样船基或岸基实验室分析检测、营养盐传感器水体原位检测、船载或岸基在线仪器检测。
人工现场采样实验室分析检测方法，分析独立样品，收到采样方法和设备的限制，需要较高的人力成本以及时间消耗。
营养盐传感器原位检测，可获取自然水体原位连续数据，但长期工作生物附着严重，需要人工定时清理，试剂或过滤装置需要定时更换，因此仪器设备和定期维护成本都比较高。
船载或岸基在线仪器检测方法是将水样抽离原位、预处理后仪器自动检测的方法，该方法比现场采样分析方法数据实时性高，节省人力和时间，虽需要定期维护、但维护成本比传感器原位检测方法低，数据质量更易于控制。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种船载或岸基水体营养盐自动检测和预警装置及其方法
本发明的船载或岸基水体营养盐自动检测和预警装置包括设备平台、采水泵、沉降池、反冲洗过滤器、压力泵、检测池一、检测池二、营养盐检测仪器、多参数水质传感器、数据传输与预警系统；
采水泵的进水管深入待检测水面之下；采水泵的出水管通过进水三通分为两路，一路与沉降池相连；另一路与检测池二相连；沉降池出水口连接反冲洗过滤器；反冲洗过滤器出水口通过压力泵连接至检测池一；营养盐检测仪器通过仪器支撑架悬挂在检测池一的中心位置；多参数水质传感器通过仪器支撑架悬挂在检测池二内部中心位置；数据传输与预警模块分别与营养盐检测仪器、多参数水质传感器相连；所述的采水泵、沉降池、反冲洗过滤器、压力泵、检测池一、检测池二均设置在设备平台上。
优选的，所述的沉降池为上端圆筒、下端漏斗状结构，漏斗底部设有电磁阀一，圆筒侧面两侧各设一个开口，其中与采水泵连接的开口为进水口一，位于沉降池上口位置，另一侧为出水口一，位于沉降池偏下位置；出水口一处安装电磁阀二，沉降池内壁与进水口一相连处有一圈带孔圆管，其多个开孔位于圆管底部一圈且偏向圆筒内侧方向，；沉降池外侧设有紧贴沉降池外径的环形凹槽状防溢圈，凹槽底部设溢流导管；沉降池上方有一个仪器支撑架，仪器支撑架上安装电动叶轮。
优选的，所述的检测池二和检测池一结构相同，均为上端圆筒、下端漏斗状结构，漏斗底部为三通电磁阀一，检测池一外侧一圈设有一个紧贴检测池外径的环形凹槽状防溢圈，凹槽底部设溢流导管。
优选的，所述的反冲洗过滤器包括底盖、筒体、滤芯，底盖侧壁设有入水口二、出水口二，入水口二连接沉降池，出水口二连接压力泵，底盖设有电磁阀三，为反向冲洗排污口；滤芯位于筒体内部；出水口二通过管路与滤芯内部空间相连。
优选的，所述的进水管的进水口设置进水滤网。
所述装置的水体营养盐自动检测和预警方法步骤如下：
采水泵通过水管将待测水样抽离水面，水样进水三通分为两路，一路与沉降池相连；另一路与检测池二相连；
在沉降池中，水样进入与入水口一连接的带孔圆管，经带孔圆管上的孔流出，沿沉降池内壁流下，此时出水口一的电磁阀二处于闭合状态，漏斗底部电磁阀一处于开启状态，水样经带孔圆管流出冲洗沉降池3内壁，从电磁阀一流出；完成沉降池冲洗后，电磁阀一闭合，采水泵持续抽水，沉降池开始蓄水，到达设定时间后，采水泵停止工作；沉降池溢出水由溢流导管排出，防止沉降池水位太高溢出至设备平台，到达预定沉降时间后，颗粒物沉降至沉降池底部，电磁阀二开启，水样由入水口二流入反冲洗过滤器；
流入反冲洗过滤器的水样进入筒体，经滤芯过滤后由出水口二流出；
压力泵将滤芯过滤后的水样由三通电磁阀一抽入检测池一，并蓄水为营养盐检测仪器清洗，蓄水至水位没过营养盐检测仪器的检测窗口后，从三通电磁阀一的第三路排出，再次蓄水成功后营养盐检测仪器开始检测，数据传输与预警模块获得数据，超出正常范围时报警并通知用户；一个检测周期完成后，营养盐检测仪器8停止采集数据，出水口一的电磁阀二闭合，沉降池内部电动叶轮搅拌含沉积物水体，然后沉降池底部电磁阀一开启，沉降池中的污水排出。
同时，压力泵反向抽取检测池一内的水样，水样经三通电磁阀一进入过滤器滤芯，由滤芯内部向外部渗透，冲洗掉滤芯外部的过滤杂质，电磁阀二关闭，反冲洗过滤器底部的电磁阀三打开，反冲洗污水从磁阀三排出，水样反冲洗可防止过滤器滤芯堵塞，反向冲洗完成后，检测池一漏斗底部剩余的水由三通电磁阀一第三路排空；
在检测池二中，首先蓄水为水质传感器清洗，蓄水至水位没过多参数水质传感器的检测窗口后，从三通电磁阀二的第三路排出，再次蓄水成功后多参数水质传感器开始检测，数据传输与预警模块获得数据，超出正常范围时报警并通知用户；一个检测周期完成后，水样从三通电磁阀二的排出。
营养盐数据检测采用多通道在线营养盐监测仪器，仪器根据设定程序控制内部活塞运动，将水样吸入仪器，按国家标准方法自动添加试剂，进行化学试剂显色反应。其他水质参数由多参数水质传感器测定，包括温度，盐度，溶解氧，浊度，叶绿素，化学需氧量等，各检测仪器通过检测仪器支架悬挂在检测池上口内部中间位置，进行长时间连续监测，并通过数据传输与预警模块传输至用户服务器。预警模块通过对检测数据进行比较、分析，对监测水体富营养化、赤潮、水华做出评价，超出正常范围时并报警。
附图说明
图1营养盐自动检测装置结构示意图；
图2沉降池结构示意图；
图3沉降池剖面示意图；
图4反冲洗过滤器结构示意图；
图5检测池结构示意图；
图6监测和预警流程示意图；
图中：1设备平台、2采水泵、3沉降池、4反冲洗过滤器、5压力泵、6检测池一、7检测池二、8营养盐检测仪器、9多参数水质传感器、10数据传输与预警模块、11万向轮、12进水滤网、13水管、14进水三通、15入水口一、16出水口一、17电磁阀一、18电磁阀二、19电动叶轮、20带孔圆管、21防溢圈、22溢流导管、23仪器支撑架、24底盖、25滤芯、26筒体、27电磁阀三、28入水口二、29出水口二、30三通电磁阀一、31三通电磁阀二。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明的船载或岸基水体营养盐自动检测和预警装置包括设备平台1、采水泵2、沉降池3、反冲洗过滤器4、压力泵5、检测池一6、检测池二7、营养盐检测仪器8、多参数水质传感器9、数据传输与预警系统10；设备平台1采用框架式工作台结构，用于安装固定整套检测装置的其它组件，其底部安装万向轮，便于挪动搬运；
采水泵2的进水管13深入待检测水面之下；采水泵2的出水管通过进水三通14分为两路，一路与沉降池3相连；另一路与检测池二7相连；沉降池3出水口连接反冲洗过滤器4；反冲洗过滤器4出水口通过压力泵5连接至检测池一6；营养盐检测仪器8通过仪器支撑架23悬挂在检测池一6的中心位置；多参数水质传感器9通过仪器支撑架23悬挂在检测池二7内部中心位置；数据传输与预警模块10分别与营养盐检测仪器8、多参数水质传感器9相连；所述的采水泵2、沉降池3、反冲洗过滤器4、压力泵5、检测池一6、检测池二7均设置在设备平台1上。
优选的，所述的沉降池3为上端圆筒、下端漏斗状结构，漏斗底部设有电磁阀一17，圆筒侧面两侧各设一个开口，其中与采水泵连接的开口为进水口一15，位于沉降池上口位置，另一侧为出水口一16，位于沉降池偏下位置；出水口一16处安装电磁阀二18，沉降池内壁与进水口一16相连处有一圈带孔圆管，其多个开孔位于圆管底部一圈且偏向圆筒内侧方向，；沉降池外侧设有紧贴沉降池外径的环形凹槽状防溢圈，凹槽底部设溢流导管；沉降池上方有一个仪器支撑架23，仪器支撑架上安装电动叶轮19。
优选的，所述的检测池二7和检测池一6结构相同，均为上端圆筒、下端漏斗状结构，漏斗底部为三通电磁阀一30，检测池一6外侧一圈设有一个紧贴检测池外径的环形凹槽状防溢圈21，凹槽底部设溢流导管22。
优选的，所述的反冲洗过滤器包括底盖24、筒体26、滤芯25，底盖侧壁设有入水口二28、出水口二29，入水口二连接沉降池，出水口二连接压力泵5，底盖设有电磁阀三27，为反向冲洗排污口；滤芯25位于筒体26内部；出水口二29通过管路与滤芯25内部空间相连。
优选的，所述的进水管13的进水口设置进水滤网12，避免生物体、漂浮物等较大颗粒物进入。
如图6所示，所述装置的水体营养盐自动检测和预警方法步骤如下：
采水泵2一端深入海洋、湖泊、河流等水面之下，采水泵2通过水管13将待测水样抽离水面，水样进水三通14分为两路，一路与沉降池3相连；另一路与检测池二7相连；
在沉降池3中，水样进入与入水口一15连接的带孔圆管20，经带孔圆管20上的孔流出，沿沉降池3内壁流下，此时出水口一16的电磁阀二18处于闭合状态，漏斗底部电磁阀一17处于开启状态，水样经带孔圆管20流出冲洗沉降池3内壁，从电磁阀一17流出；完成沉降池3冲洗后，电磁阀一17闭合，采水泵2持续抽水，沉降池3开始蓄水，到达设定时间后，采水泵2停止工作；沉降池3溢出水由溢流导管22排出，防止沉降池3水位太高溢出至设备平台1，到达预定沉降时间后，颗粒物沉降至沉降池3底部，电磁阀二18开启，水样由入水口二28流入反冲洗过滤器4；
流入反冲洗过滤器4的水样进入筒体26，经滤芯25过滤后由出水口二29流出；
压力泵5将滤芯25过滤后的水样由三通电磁阀一30抽入检测池一6，并蓄水为营养盐检测仪器8清洗，蓄水至水位没过营养盐检测仪器8的检测窗口后，从三通电磁阀一30的第三路排出，再次蓄水成功后营养盐检测仪器8开始检测，数据传输与预警模块10获得数据，超出正常范围时报警并通知用户；一个检测周期完成后，营养盐检测仪器8停止采集数据，出水口一16的电磁阀二18闭合，沉降池3内部电动叶轮19搅拌含沉积物水体，然后沉降池3底部电磁阀一17开启，沉降池3中的污水排出。
同时，压力泵5反向抽取检测池一6内的水样，水样经三通电磁阀一30进入过滤器滤芯25，由滤芯25内部向外部渗透，冲洗掉滤芯25外部的过滤杂质，电磁阀二18关闭，反冲洗过滤器4底部的电磁阀三27打开，反冲洗污水从磁阀三27排出，水样反冲洗可防止过滤器滤芯25堵塞，反向冲洗完成后，检测池一6漏斗底部剩余的水由三通电磁阀一30第三路排空；
在检测池二7中，首先蓄水为水质传感器9清洗，蓄水至水位没过多参数水质传感器9的检测窗口后，从三通电磁阀二31的第三路排出，再次蓄水成功后多参数水质传感器9开始检测，数据传输与预警模块10获得数据，超出正常范围时报警并通知用户；一个检测周期完成后，水样从三通电磁阀二31的排出。
海水中富营养化状况评价模型采用富营养化指数法，计算公式为：
e＝(ccod×cdin×cdip×106)/4500(1)
其中，
e：富营养化指数；
ccod：化学需氧量浓度，单位为mg/l；
cdin：无机氮浓度，即亚硝酸盐-氮(no2-n)、硝酸盐-氮(no3-n)、氨-氮(nh4-n)浓度的总和，单位均为mg/l；
cdip：活性磷酸盐浓度，单位为mg/l。
当e<1时，水体处于非富营养化状态，预警模块10不发出警报；
当1≤e≤3时，水体处于轻度富营养化，数据传输与预警模块10发出黄色轻度富营养化警报；
当3<e≤9时，水体处于中度富营养化，数据传输与预警模块10发出橙色中度富营养化警报；
当e>9时，水体处于重度富营养化，数据传输与预警模块10发出红色重度富营养化警报。
湖泊富营养化评价采用数学模式判断法，当[化学耗氧量(mg/l)×无机磷(ppm)×无机氮(ppm)/1500]≥l时水体达到富营养化状态，数据传输与预警模块10发出红色富营养化警报。
赤潮或水华的发生受到营养盐、光照、温度、盐度、溶解氧、浊度等因素的综合影响，根据邹景忠(1983)，张水浸等人(1994)的研究，取ph>8.22或溶解氧饱和度>110％或叶绿素>10mg/l为赤潮阈值，数据传输与预警模块10进行比较分析，监测数据达到任意其中一个阈值时，发出赤潮或水华的蓝色预警。